因为毫米波器材的本钱较高， 之前首要运用于军事。 但是跟着高速宽带无线通讯、轿车辅佐驾驭、安检、医学检测等运用范畴的快速展开， 近年来毫米波在民用范畴也得到了广泛的研讨和运用。 现在，6 GHz 以下的黄金通讯频段， 现已很难得到较宽的接连频谱， 严峻限制了通讯产业的展开。 比较之下，毫米波频段却仍有许多潜在的未被充沛使用的频谱资源。 因此， 毫米波成为第5 代移动通讯的研讨抢手。 2015 年在WRC2015 大会上确认了第5 代移动通讯研讨备选频段： 24.25-27.5 GHz、37-40.5GHz、42.5-43.5 GHz、45.5-47 GHz、47.2-50.2 GHz、50.4-52.6 GHz、66-76 GHz 和81-86 GHz， 其间31.8-33.4 GHz、40.5-42.5 GHz 和47-47.2 GHz 在满意特定运用条件下答应作为增选频段。 各种毫米波的器材、芯片以及运用都在如火如荼的开发着。 相对于微波频段， 毫米波有其自身的特色。 首要， 毫米波具有更短的作业波长， 能够有用减小器材及体系的尺度; 其次， 毫米波有着丰厚的频谱资源，能够担任未来超高速通讯的需求。 此外， 因为波长短， 毫米波用在雷达、成像等方面有着更高的分辩率。 到现在为止， 人们对毫米波已展开了许多的研讨， 各种毫米波体系已得到广泛的运用。 跟着第5 代移动通讯、轿车自动驾驭、安检等民用技能的快速展开， 毫米波将被广泛运用于人们日常日子的方方面面。
毫米波技能方面， 结合现在一些抢手的毫米波频段的体系运用， 如毫米波通讯、毫米波成像以及毫米波雷达等， 对毫米波芯片展开做了要点介绍。
1、毫米波芯片
传统的毫米波单片集成电路首要选用化合物半导体工艺， 如砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP） 等， 其在毫米波频段具有杰出的功能， 是该频段的干流集成电路工艺。 另一方面， 近十几年来硅基（CMOS、SiGe等） 毫米波亚毫米波集成电路也取得了巨大展开。 此外， 依据氮化镓（GaN） 工艺的大功率高频器材也敏捷拓宽至毫米波频段。 下面将别离进行介绍。
1.1 GaAs 和InP 毫米波芯片
近十几年来， GaAs 和InP 工艺和器材得到了长足的前进。 依据该类工艺的毫米波器材类型首要有高电子迁移率晶体管（HEMT）、改性高电子迁移率晶体管（mHEMT） 和异质结双极性晶体管（HBT）等。 现在GaAs 、mHEMT、InP、 HEMT 和InP HBT 的截止频率（ft） 均超越500 GHz， 最大振动频率（fmax） 均超越1THz. 2015 年美国Northrop Grumman 公司报导了作业于0.85 THz 的InP HEMT放大器， 2013 年美国Teledyne 公司与加州理工大学喷气推动试验室报导了作业至0.67 THz 的InP HBT 放大器， 2012 年和2014 年德国弗朗霍夫运用固体物理研讨所报导了作业频率超越0.6 THz 的mHEMT 放大器。
1.2 GaN 毫米波芯片
GaN 作为第3 代宽禁带化合物半导体， 具有大的禁带宽度、高的电子迁移率和击穿场强等长处，器材功率密度是GaAs 功率密度的5 倍以上， 可显著地提高输出功率， 减小体积和本钱。 跟着20 世纪90 时代GaN 资料制备技能的逐步老练， GaN 器材和电路已成为化合物半导体电路研发范畴的抢手方向， 美国、日本、欧洲等国家将GaN 作为微波毫米波器材和电路的展开要点。 近十年来， GaN 的低本钱衬底资料碳化硅（SiC） 也逐步老练， 其晶格结构与GaN 相匹配，导热性好， 大大加快了GaN 器材和电路的展开。 近年来GaN 功率器材在毫米波范畴飞速展开， 日本Eudyna 公司报导了0.15 m 栅长的器材， 在30 GHz 功率输出密度达13.7 W/mm. 美国HRL 报导了多款E波段、W 波段与G 波段的GaN 基器材， W 波段功率密度超越2 W/mm， 在180 GHz 上功率密度到达296 mW/mm.国内涵微波频段的GaN 功率器材已根本老练，到W 波段的GaN 功率器材也取得展开。 南京电子器材研讨所研发的Ka 波段GaN 功率MMIC 在3436 GHz 频带内脉冲输出功率到达15W， 附加功率30%， 功率增益大于20 dB。
1.3 硅基毫米波芯片
硅基工艺传统上以数字电路运用为主。 跟着深亚微米和纳米工艺的不断展开， 硅基工艺特征尺度不断减小， 栅长的缩短弥补了电子迁移率的缺乏， 然后使得晶体管的截止频率和最大振动频率不断提高， 这使得硅工艺在毫米波乃至太赫兹频段的运用成为可能。 世界半导体蓝图协会（InternaTIonal Technology Roadmap for Semiconductors） 预测到2030 年CMOS 工艺的特征尺度将减小到5 nm， 而截止频率ft 将超越700 GHz. 德国IHP 研讨所的SiGe 工艺晶体管的截止频率ft 和最大振动频率fmax都现已别离到达了300 GHz 和500 GHz，相应的硅基工艺电路作业频率可扩展到200 GHz 以上。
因为硅工艺在本钱和集成度方面的巨大优势， 硅基毫米波亚毫米波集成电路的研讨已成为当时的研讨抢手之一。 美国佛罗里达大学规划了410 GHz CMOS 振动器，加拿大多伦多大学研发了依据SiGe HBT 工艺的170 GHz 放大器、160 GHz 混频器和依据CMOS 工艺的140 GHz 变频器，美国加州大学圣芭芭拉分校等依据CMOS 工艺研发了150 GHz 放大器等，美国康奈尔大学依据CMOS 工艺研发了480 GHz 倍频器。 在体系集成方面， 加拿大多伦多大学规划了140 GHz CMOS接纳机芯片和165 GHz SiGe 的片上收发体系， 美国加州大学柏克莱分校初次将60 GHz 频段硅基模仿收发电路与数字基带处理电路集成在一块CMOS 芯片上，新加坡微电子研讨院也完成了包含在片天线的60 GHz CMOS 收发信机芯片，美国加州大学洛杉矶分校报导了0.54 THz 的频率归纳器， 德国乌帕塔尔归纳大学研发了820 GHz 硅基SiGe 有源成像体系， 加州大学伯克利分校选用SiGe 工艺成功研发了380 GHz 的雷达体系。日本N%&&&&&%T 等依据CMOS 工艺完成了300 GHz的收发芯片并完成了超越10 Gbps 的传输速率， 但因为没有功率放大和低噪声电路， 其传输间隔十分短。 经过选用硅基技能， 包含数字电路在内的一切电路均可集成在单一芯片上， 因此有望大幅度下降毫米波通讯体系的本钱。
在毫米波亚毫米波硅基集成电路方面我国大陆起步稍晚， 但在国家973 方案、863 方案和自然科学基金等的支撑下， 已快速展开研讨并取得展开。 东南大学毫米波国家要点试验室依据90 nm CMOS 工艺成功规划了Q、V 和W 频段放大器、混频器、VCO 等器材和W 波段接纳机、Q波段多通道收发信机等， 以及到200 GHz 的CMOS 倍频器和到520 GHz 的SiGe 振动器等。
2、毫米波电真空器材
毫米波%&&&&&%具有体积小、本钱低一级许多长处，但功率受限。 为了取得更高的输出功率， 能够选用电真空器材， 如加拿大CPI 公司研发的速调管（Klystron） 在W 波段上取得了超越2000 W 的脉冲输出功率， 北京真空电子研讨所研发的行波管（TWT） 放大器在W 波段的脉冲输出功率超越了100 W，电子科技大学在W 波段上也成功规划了TWT 功率放大器， 中国科学院合肥物质科学研讨院研发的迴旋管（Gyrotron） 在140 GHz 上取得了0.9 MW 的脉冲输出功率， 与国外水平适当。
3、毫米波运用
近年来， 毫米波器材功能的不断提高， 本钱的不断下降， 有力促进了毫米波在各个范畴的运用。 现在依据毫米波频段的运用首要体现在毫米波通讯、毫米波成像及毫米波雷达等方面。
3.1 毫米波通讯
跟着无线通讯技能的飞速展开， 6 GHz 以下黄金通讯频段的频谱现已十分拥堵， 很难满意未来无线高速通讯的需求。 但是， 与此相反的是， 在毫米波频段， 频谱资源丰厚但仍然没有得到充沛的开发使用。
在移动通讯方面，探究了毫米波移动通讯体系场景、网络结构及空中接口。 在现在展开的第5 代移动通讯（5G） 研讨中， 几个毫米波频段现已成为5G 候选频段。毫米波技能将会在5G的展开中起着无足轻重的作用。
在短距高速通讯体系中， 60 GHz 频段得到了广泛地研讨和运用。 欧洲、美国、加拿大、韩国、日本、澳大利亚以及我国连续开放了这一频段的免费频谱资源。 60 GHz 频段处于大气衰减峰， 尽管不适合远距通讯， 但可用于短间隔传输， 且不会对周围形成太多搅扰。 近年来， 在60 GHz 频段已展开了高速Gbps 通讯、WirelessHD、WiGig、近场通讯、IEEE 802.11ad 、IEEE802.15.3c等各种体系与规范。
国内东南大学提出了作业在45 GHz 频段的超高速近长途无线传输规范（Q-LINKPAN） ，其短距部分已成为IEEE 802.11aj 世界规范。 45 GHz 频段的大气衰减小于1 dB/km， 因此不只能够像60 GHz 频段相同完成高速短距传输， 一起也适用于远距传输。 现在试验体系在82 m 的传输间隔上已完成2 Gbps 的传输速率， 并研发了相应的支撑Gbps 传输的毫米波芯片。
卫星通讯掩盖规模广，是确保偏远地区和海上通讯以及应急通讯的重要手法，现在其作业频段首要会集在L、S、C、Ku 及Ka 波段。 跟着卫星通讯研讨的不断深入，已在测验更高频段。 因为毫米波频段能够供给更宽的带宽， 因此可完成更高的通讯速率。 此外， 低功耗、小体积、抗搅扰以及较高的空间分辩率都是其值得使用的特色。 现在卫星与地上通讯的首要研讨方向会集在两个大气衰减较小的窗口，Q 频段和W 频段， 而60 GHz 频段被认为是完成星间通讯的重要频段。
此外， 毫米波光载无线通讯（RoF） 体系也得到了敏捷的展开。 光纤具有本钱低、信道带广大、损耗小、抗搅扰能力强等长处， 成为现代通讯体系中不可或缺的部分。 正如上文说到的， 毫米波具有传输容量大、体积小等长处， 但也有空间传输损耗大等缺陷。 毫米波RoF 体系结合了毫米波和光纤通讯的长处， 是完成宽带毫米波通讯远间隔传输的有用手法。 自从1990 年光载无线通讯的概念被提出之后，这个范畴现在在毫米波频段成为了研讨抢手，许多研讨小组在不同的毫米波频段进行了研讨， 比方60 GHz 、75-110 GHz、120 GHz 、220 GHz、250 GHz 等。
3.2 毫米波成像
使用毫米波穿透性、安全性等长处， 毫米波成像可有用地对被检测物体进行成像， 在国家安全、机场安检、大气遥感等方面得到了广泛的研讨， 依据成像机理分为被动式成像和自动式成像。毫米波被动式成像是经过勘探被测物自身的辐射能量， 并分辩不同物质辐射强度的差异来完成成像。 被动式成像从机理上看是一种安全的成像方法， 不会对环境形成电磁搅扰， 但对信号自身的强度以及接纳机的灵敏度要求较高。 国内外对毫米波被动式成像技能已展开了许多的研讨。
毫米波自动式成像首要是经过毫米波源发射必定强度的毫米波信号， 经过接纳被测物的反射波，检测被测方针与环境的差异，然后进行反演成像。 自动式成像体系能够对包含塑料等非金属物体进行检测， 其受环境影响较小， 取得的信息量大， 能够有用地进行三维成像。 常用的自动式成像体系首要包含焦平面成像以及合成孔径成像。毫米波成像体系已运用于国内外许多机场的安检。 国内上海微体系所孙晓玮团队研发成功了毫米波成像安检体系， 电子科技大学樊勇团队研发成功了毫米波动态成像体系。
3.3 毫米波雷达
毫米波雷达具有频带宽、波长短、波束窄、体积小、功耗低和穿透性强等特色。 比较于激光红外勘探， 其穿透性强的特色能够确保雷达能够作业在雾雨雪以及沙尘环境中， 受气候的影响较小。比较于微波波段的雷达， 使用毫米波波长短的特色能够有用减小体系体积和分量，并提高分辩率。 这些特色使得毫米波雷达在轿车防撞、直升机避障、云勘探、导弹扶引等方面具有重要的运用。
微波毫米波轿车防撞雷达首要会集在24 GHz和77 GHz 频段上， 是未来智能驾驭或自动驾驭的核心技能之一。 在直升机毫米波防撞雷达的研讨上， 人们特别重视毫米波雷达对电力线等的勘探作用。
毫米波在大气遥感方面也有很重要的运用，其间代表性的有毫米波云雷达。 毫米波云雷达首要针对降水云进行勘探，，用于勘探云内部微观和微观参数，，反映大气热力及动力进程。 因为毫米波波长短，在云勘探中表现出很高的丈量精度和分辩率， 具有穿透含水较多的厚云层等优势。南京信息工程大学葛俊祥团队研发了W 波段云雷达， 北京理工大学吕昕团队正在研发94/340 GHz 双频段云雷达。
除了民用， 毫米波雷达在军事方面也有着十分重要的运用， 比方在准确制导武器中， 毫米波雷达扶引是一项核心技能， 是全天候施行方针准确冲击的一种有用手法。
